半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治措施研究

赵东亮 王成

摘要：介绍了半刚性基层路面的优缺点以及反射裂缝的产生原因，对半刚性基层沥青路面的反射裂缝的防治措施进行了研究。

关键词：半刚性基层反射裂缝防治措施

1概述

近几年我国高速公路建设飞速发展，截止到2010年年底，其高速公路总里程已经达到7.4万公里，其中90%以上采用半刚性基层沥青路面，但是由于半刚性基层在温度梯度和湿度变化下容易产生收缩开裂，然后经过车辆荷载和温湿条件反复循环的作用使得裂缝向上反射到沥青面层，产生严重的反射裂缝问题。国内外的道路研究者针对反射裂缝问题提出了一些理论研究方法及防治措施，并且取得了一定的效果。本文也主要从反射裂缝的产生原因和防裂措施两个方面进行论述。

2半刚性基层沥青路面的优缺点

由于半刚性基层沥青路面具有强度高、行车舒适、维修养护较方便以及对新建路基变形的适应性比水泥混凝土路面强等特点，成为了我国绝大多数高速公路普遍采用的路面结构形式。

半刚性基层的主要优点有：（1）整体性好，有很高的承载能力和抗变形性能；（2）能充分地利用当地地方性材料，做到就地取材；（3）较经济，能节约投资；（4）有良好的抗冻性，能有效地治理季节性冰冻地区的翻浆。

但不可避免的是，通过多年的使用性能观察，半刚性基层沥青路面的缺点也是十分明显的。特别是半刚性基层沥青路面通车不久即出现大量的纵横向裂缝，主要有：（1）半刚性基层的温缩裂缝与干缩裂缝，从而导致沥青面层的反射裂缝是一个普遍存在的问题。（2）由于半刚性基层的强度主要处决于结合料的剂量和严格的压实，半刚性基层本身非常致密，基本上不透水;由于半刚性基层的致密，半刚性基层与沥青层的联结是一个问题;易导致沥青面层与半刚性基层的层间滑动，从而出现过早的疲劳裂缝或剪切疲劳裂缝。（3）半刚性基层较柔性基层热容量小，与沥青面层的附着性能差(透层的渗透效果差)，再加上半刚性基层本身收缩(干缩与温缩)的附加影响，因此即使不计反射裂缝，沥青路面的温缩裂缝也会明显增加。（4）在南方高温地区，由于半刚性基层的强度过大，会导致沥青面层内部的剪应力增大，从而出现抗剪强度较差的沥青混凝土结构层出现剪切流变，从而导致车辙的产生，许多车辙病害同时伴有剪切疲劳裂缝的产生，特别是在山区高速公路的长上坡路段出现更为频繁。

3反射裂缝对路面的危害

反射裂缝会对路面性能和耐久性产生不利的影响。这些不利影响包括：（1）防水性降低。路表出现任何裂缝，都会使路表水有机会进入路面结构内部，甚至进入对湿度敏感的路基土中。（2）引起路基过大压应力。由于存在裂缝，造成路面板体不连续，在行车荷载作用下将加大板体边缘的变形，从而在裂缝处传递过大压力至路基顶面。（3）增大路面应力和变形。上述的路面结构板体边缘变形，会在路面结构内(尤其基层)产生很大的应力和变形，在行车荷载作用下将缩短这些结构层的寿命。（4）磨耗层沿裂缝的破坏。在车辆、水分、霜冻等因素的综合作用下，磨耗层常会沿裂缝发生骨料或小块沥青的的剥落。

4半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治措施

一般来说，防裂措施分为材料和结构两个方面。材料方面，主要是提高沥青混合料的抗裂性能，如采用改性沥青、SMA、添加聚酯纤维、改进级配等。结构方面常用的方法有：增加沥青面层厚度；采用土工织物或格栅作为夹层；利用橡胶沥青等材料作应力吸收层；设置大空隙率的防裂中间层等。

（1）提高混合料的性能。提高面层沥青混合料的抗裂性能也是一种从面层自身考虑的防裂方法。如采用改性沥青、在混合料中采用添加剂（聚酯纤维、木质素纤维等）提高混合料性能、提高沥青用量、改善集料的级配等。

选用松弛性能好的优质沥青做面层，保证沥青的针入度、延度等指标；在缺少优质沥青的情况下。应采用某些添加剂或聚合物。以提高沥青的低温抗裂性能及高温稳定性能。

在稳定度满足要求的前提下。选用针人度较大的沥青作两层。美国和英国的研究表明。在沥青混凝士中使用软的沥青可以阻止低温收缩及高温疲劳作用两种机理引起的裂缝扩展。

采用密实型沥青混凝土面层空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响，密实型沥青混合料在使用中沥青硬化缓慢，同时也延缓了裂缝的扩展。沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料。如果集料呈酸性，则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低集料的含水量，尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂。

沥青混合料的级配也是一项重要因素。在合理选配混合料级配时，应兼顾其高温稳定性，疲劳性能和低温抗裂性能。以及路表特性和耐久性等各方面的要求。

在条件允许的情况，可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性沥青。SMA混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能，抗车辙性能好、使用寿命长，是防裂路面设计时应选用的一项新技术。

（2）增加面层厚度。增加面层厚度是各国在选择反射裂缝防治措施时首先考虑的因素。为了减少反射裂缝许多国家在采用半刚性材料基层或贫混凝土基层（同样存在反射裂缝问题）时，对沥青面层的最小厚度做了规定。

增加面层厚度的作用主要表现在①增强分散荷载能力，减小由于车辆作用引起的裂缝两侧基层相对位移，改善面层受力；②增加裂缝在面层内的延伸路径，推迟了反射裂缝贯穿面层的时间；③较厚的面层起到一定的保温作用，减少基层温度变化以及由其产生的裂缝两侧基层水平相对位移。

事实证明，增加面层厚度一定程度上可以延缓反射裂缝的产生，但要有效解决反射裂缝问题，可能需要比现在厚得多的沥青面层，这显然是不经济的，也有背于半刚性路面“强基薄面”的设计初衷。我国高速公路普遍采用12cm～18cm较厚的沥青面层，但仍然受到反射裂缝的困扰，就说明了这一点。因此，不能单纯依靠增厚面层来防治反射裂缝，必须结合其它防裂措施，才能在兼顾经济性的同时取得良好防裂效果。

（3）设置应力吸收层。在基层与面层之间铺橡胶沥青中间层、预制织物膜带条、土工织物或土工格栅中间层、低粘度沥青混凝土层等均匀应力吸收层。

采用应力吸收薄膜，对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，明显降低应力强度因子。而吸收薄膜的弹性模薰越低，防裂效果越好。可见应力薄膜应选用低模量高韧性、大变形率的材料为好。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低，变形率较大。不存在低温脆裂问题，效果更佳。

用土工格栅加筋沥青路面的主要功能，是控制车辙、反射裂缝和疲劳裂缝，不同类型格栅性能显著不同。

橡胶沥青吸收膜，是使用废橡胶磨细的粉与热沥青搅拌后．施于面层中间，形成一薄膜或与砂石成一薄层。有试验结果表明，此应力吸收层在面层中间效果最佳。

5结语

半刚性基层沥青路面由于其承载能力强，且经济性较好，得到广泛的运用，反射裂缝是半刚性基层沥青路面的一个主要缺点，如何较好地防止反射裂缝的出现，是半刚性基层沥青路面的一个关键性问题。

参考文献

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